BESİNLERİN ENERJİYE DÖNÜŞÜMÜ Bir fabrikanın çalışması ve üretimi için nasıl işçilere ve makinalara ihtiyaç varsa canlıların yaşamlarını sürdürebilmeleri için de enerjiye ihtiyaçları vardır. Enerji, bir maddede değişiklik ya da hareket oluşturma yeteneğidir. Kısaca bir sistemin iş yapabilme yeteneği olarak adlandırılır. Enerji, hayatın ve canlılığın temelini oluşturur. Ekosistemde yaşayan tüm canlıların enerji kaynağı güneştir. Fakat canlılar güneş enerjisini yaşamsal faaliyetleri için kullanamazlar. Yeşil bitkiler güneşten gelen ışık enerjisini yapılarında bulunan klorofil ile soğurarak karbon dioksit ve su gibi inorganik maddelerden organik besinleri sentezlerler. Bu olaya fotosentez denir. Bitkilerin fotosentezi sonucunda organik besin olarak karbonhidratlar sentezlenir. Bu karbonhidratlar daha sonra farklı organik maddelere dönüştürülerek depolanır. Örneğin patateste nişastaya, fasulyede proteine, cevizde yağa dönüştürülür. Karbonhidratlar, yağlar ve proteinler canlılarda enerji kaynağı olarak kullanılır. Canlılar, genellikle birinci derece enerji kaynağı olarak karbonhidratları kullanırlar. Solunum Canlıların enerji elde etmek için organik besin maddelerini oksijenle parçalamalarına solunum denir. Canlı organizmaların enerji ihtiyacı solunum sırasında aşağıdaki yanma tepkimesi sonucunda üretilir. Solunumda gerekli olan oksijen akciğerlere alınan havadan sağlanır. Oksijen alveollerde difüzyon ile kana geçer. Akciğer kılcallarında oksijen miktarı artar. Oksijenin büyük bir kısmı alyuvar içerisindeki hemoglobinle oksihemoglobin oluşturarak taşınır. Sindirim Büyük moleküllerin (besinlerin) enzimler yardımıyla, daha küçük moleküllere parçalanması olayına sindirim denir. Polimer halinde bulunan bazı besin maddeleri sindirimle monomerlere parçalanır. Bu parçalanma; proteinler amino aside, yağlar yağ asitlerine ve karbonhidratlar ise glikoza dönüştürülecek şekilde gerçekleşir. Kimyasal sindirim ağız, mide, ince bağırsaklarda olur.
KARBONHİDRATLAR C (karbon), H (hidrojen) ve O (oksijen) atomlarından oluşan organik bileşiklerdir. Karbonhidrat sözcüğü "sulu karbon" anlamına gelir. Doğada en çok bulunan bileşiklerdir. En yaygın olanları selüloz, nişasta ve basit şekerlerdir. Basit şekerler glikoz ve früktozdur. Basit şekerlerin genel formülleri C n H 2n O n 'dir. Karbonhidratların vücuttaki görevleri: 1. Enerji kaynağıdırlar. 2. Yeterli karbonhidrat alımı proteinin enerji için kullanılmasını önler. Proteinlerin esas görevlerini yapmasına yardımcı olur. Protein ihtiyacını azaltır. 3. Vücutta yeterli su tutulmasını sağlarlar. 4. Fazla alındığında karaciğerde glikojen ve yağ olarak depolanır. MONOSAKKARİTLER Su ile hidroliz olduğunda daha basit birimlere ayrılamayan karbonhidratlardır. Basit karbonhidratlar ya da basit şekerler de denir. Hücre zarından geçebilecek kadar küçüktürler. Sindirime uğramazlar. Kanda serbest olarak bulundukları gibi diğer karbonhidratların da yapısını oluştururlar. Monosakkaritler renksiz, kristal yapıda olup çoğunluğu tatlıdır. Suda kolay çözünürler. Glikoz Kapalı formülü C 6 H 12 O 6 'dır. Yoğunluğu 1,5 g/cm 3, erime noktası ise 80 86 C'dir. Doğada yaygın olarak bulunan önemli bir karbonhidrattır. Serbest halde olgun meyvelerde (üzüm, incir), balda, bitki öz sularında, çoğunlukla früktoz ile birlikte bulunur. En çok üzümde bulunduğu için "üzüm şekeri" adıda verilir. Kanda serbest halde bulunur. Sağlıklı bir insanın 100 ml kanında 70 90 mg düzeyinde glikoz bulunur. Bu nedenle "kan şekeri" de denir. Beynin en önemli yakıtıdır. Kanda en düşük düzeyde iken bile önce beyin beslenir. Glikozun genel özellikleri şunlardır: 1. Suda çok, alkolde az çözünür. 2. Orta derecede tatlıdır. 3. Sindirim sırasında parçalara ayrılmaz. 4. Karaciğer sayesinde kaslarda glikojen şeklinde depo edilir. 5. Glikoz yandığında CO 2, H 2 O ve enerji açığa çıkar. C 6 H 12 O 6 + 6O 2 (glikoz) 6CO 2 + 6H 2 O + 670 kcal
Früktoz "Meyve şekeri" adı da verilir. Kapalı formülü C6H12O6'dır. Serbest olarak tatlı meyvelerde (üzüm, incir, dut), çiçek tohumlarında ve balda bulunur. Çoğunlukla glikoz ve sakkarozla birlikte bulunur. Früktozun genel özellikleri şunlardır: 1. Çok tatlıdır. 2. Vücutta glikoza dönüşerek kullanılır. 3. Glikoza göre daha zor erir ve daha geç kristalleşir. 4. Yandığında CO 2, H 2 O ve enerji açığa çıkarır. C 6 H 12 O 6 + 6O 2 (früktoz) 6CO 2 + 6H 2 O + 672 kcal Glikoz ve Früktoz Şuruplarının Gıda Sanayinde Kullanımları Glikoz ve früktoz şurupları doğal tatlandırıcı olarak bilinir. Bu şuruplar patates ve mısır gibi değişik nişasta türlerinin asit hidrolizi yolu ile üretilmektedir. Yüksek besin değerine sahip bu şuruplar gıda sektöründe büyük talep görmektedir. Kullanıldıkları yerlere göre; 1. Nem çekicilik 2. Donma noktasının kontrolü 3. Renk oluşturucu 4. Parlaklık 5. Jel oluşumu 6. Kıvam ve tatlılık verici, özelliği nedeniyle tercih edilmektedir. Şekerleme, sakız, baklava, helva, lokum, ketçap ve bira üretiminde glikoz şurubu; meşrubat ve meyve suyu üretiminde ise früktoz şurubu kullanılır. DİSAKKARİTLER Doğada yaygın olarak bulunurlar. En önemli disakkarit sakkarozdur. Kapalı formülleri C 12 H 22 O 11 'dir. İki monosakkaridin bir molekül su kaybederek birleşmesinden disakkaritler oluşur. Disakkaritleri meydana getiren monosakkaritleri birleştiren bağa glikozit bağı denir. Sakkaroz Sakkaroz en fazla şeker kamışı, şeker pancarı ve ananasta bulunur. Bitkilerin yeşil yapraklarında glikoz ve früktozla birliktedir. Sakkaroza "çay şekeri" de denir. Hayvansal dokularda bulunmaz. Çok tatlıdır.
Sakkarozun genel özellikleri şunlardır: 1. Suda çok çözünür, alkolde çözünmez. 2. Kristal oluşturur. 3. Mikroorganizmaların çoğalmasını önler. Bu nedenle meyve suyu ve marmelat üretiminde kullanılır. 4. Yandığında CO 2, H 2 O ve enerji açığa çıkarır. C 12 H 22 O 11 + 12O 2 12CO 2 + 11H 2 O + 1350 kcal (sakkaroz) 5. Sakkaroz enzimlerle veya seyreltik asitlerle ısıtılırsa hidroliz olur. Sonunda glikoz ve früktozdan oluşan invert şeker denen ham bir karışım elde edilir. Früktoz, glikozdan daha tatlı olduğu için invert şeker şekerli ürünlerde çok kullanılır. Balda önemli miktarda invert şeker vardır. Sakkaroz Hidroliz Glikoz + Früktoz İnvert şeker 6. Sakkaroz doğrudan doğruya mayalanamaz. Maya etkisi ile hidroliz olduktan sonra etil alkol ve karbon dioksite parçalanır. 7. Sakkaroz sindirim kanalında sakkaroz enziminin etkisi ile glikoz ve früktoza parçalanarak kana geçer. Sakkaroz enzim ya da asit etkisi Glikoz + Früktoz POLİSAKKARİTLER On ya da daha fazla monosakkaritten meydana gelen karbonhidratlara "polisakkarit" adı verilmektedir. Glikoz moleküllerinin farklı şekillerde bağlanması sonucunda nişasta, glikojen ve selüloz oluşur. Nişasta Bitkilerde, fotosentezle sentezlenen çok sayıda glikoz molekülünün dehidrasyon sonucu birleşmesiyle meydana gelen polisakkaritlerdir. n(glikoz) nişasta + (n 1)H 2 O Sadece bitki hücrelerinde depo edilir. Örneğin, buğday, mısır, patates gibi. Hayvanlar ve insanlar besinlerle aldıkları nişastayı sindirim sisteminde hidroliz ile glikoza kadar yıkarak kana geçebilecek duruma getirir. Besinlerde nişastanın varlığı iyot çözelti ile anlaşılır. Nişasta içeren besine iyot çözeltisi damlatıldığında, besin mavi mor renk alır.
Glikojen Nişasta gibi çok sayıda glikoz molekülünün dehidrasyon sentezi sonucu oluşan büyük moleküllerdir. n(glikoz) glikojen + (n 1)H 2 O Glikojen hayvan nişastası olarak da adlandırılır. Çünkü glikozun bitkilerdeki depo şekli nişasta, hayvanlardaki depo şekli glikojendir. Glikojen suda çözünür. Karaciğerde depolanan glikojen gerektiğinde glikoza dönüştürülerek kana verilir ve kan şekerinin ayarlanmasında kullanılır. Kas glikojeni ise kasların kasılıp gevşemesi sırasında glikoz kaynağı olarak kullanılır. Glikojen içeren besine iyot çözeltisi damlatıldığında besin kahverengi kırmızı renk alır. Selüloz Glikoz polimeridir. n(glikoz) selüloz + (n 1)H 2 O Suda çözünmez. Nişastadan farklı olarak glikoz molekülleri birbirine ters bağlanmıştır. İnsanların sindirim sistemi, selülozu sindirecek enzimlere sahip değildir. Bu nedenle besinlerle alınan selüloz sindirilmeden vücuttan atılır. Selüloz içeren besine iyotlu çinko klorür çözeltisi damlatıldığında, besin açık mavi yeşil renk alır. Karbonhidratların Canlılar İçin Önemi 1. Canlılar enerjisinin ortalama %50 60'ını karbonhidratlardan sağlar. 2. Glikozun kandaki yoğunluğu en düşük düzeyde iken bile önce beyin beslenir. 3. Hayvan hücrelerinde sentezlenemediğinden dışarıdan besinlerle alınır. Büyük moleküllü karbonhidratlar sindirilerek monosakkaritlere dönüştürülür. 4. Kanda bulunan karbonhidrat sadece glikozdur. 5. Kandaki glikozun fazlası karaciğer ve kaslarda glikojen olarak depolanır. Daha da fazlası yağlara dönüştürülerek vücutta depolanır. 6. Yeterli miktarda karbonhidratlı besin almayan insanlarda, vücut enerji sağlamak için karbonhidrattan sonra yağları ve daha sonra proteinleri kullanır. 7. Karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerle bileşik oluştururlar. PROTEİNLER Canlılarda en çok bulunan en önemli organik moleküllerdir. Canlıların büyüyüp gelişmesinde yapı maddesi olarak görev alırlar. C, H ve O atomlarının yanında proteinlerde her zaman N atomu da bulunur. Bazı proteinlerde S ve P atomları da vardır. Bütün proteinler 20 çeşit amino asitten oluşur.her amino asidin bir C atomuna bağlı karboksil grubu ( COOH), amino grubu ( NH 2 ) bir de radikal ( R) grubu vardır.
Amino asitler hem asit hem de baz özelliği gösteren moleküllerdir. Yani amfoterdirler. (Amfoterlik: Hem asit hem de baz özelliği gösteren madde demektir.) Bir amino asidin karboksil grubu ile diğer amino asidin amino grubu bir molekül su açığa çıkacak şekilde bağlanır. Bu şekilde kurulan bağa peptit bağı denir. Proteinler çok sayıda amino asidin peptit bağları ile bağlanması sonucu oluşur. Proteinlerin Canlılar İçin Önemi 1. Yetersizliğinde canlı büyüyüp gelişemez. 2. Kanın osmotik basıncını ayarlarlar. 3. Kan pıhtılaşmasında rol oynayarak yaralanmalarda kan kaybını önlerler. 4. Hücrelerin bütün faaliyetlerinde görev alırlar. 5. Besinlerle alınan proteinler sindirim sisteminden direk kana geçemezler. Ancak hidroliz sonucunda amino asitlere ayrıldıktan sonra hücre zarından geçebilirler. YAĞLAR Yağlar, karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) elementlerinden oluşmuş bileşiklerdir. Yağ asitlerinin gliserin ile birleşmesiyle oluşurlar. Yağ asitleri, 12 18 karbonlu uzun zincirli moleküllerdir. Aşağıda bazı yağ asitleri ve yağın oluşum tepkimesi verilmiştir.
Ağız ve midede yağ sindirimi olmaz. Yağlar onikiparmak bağırsağında sindirilir. Yağlar karaciğerden gelen bazik safra salgısı ve pankreastan gelen bazik lipaz enzimi yardımıyla yağ asidine ve gliserine parçalanır. Yağların Canlılar İçin Önemi 1. Vücutta yapıcı ve onarıcı olarak kullanılır. 2. Enerji vericidirler. Karbonhidratlardan sonra vücutta ikinci derece enerji kaynağı olarak kullanılır. 3. İç organların çevresinde depolanarak vücudu basınç ve darbelere karşı korur. 4. Vücut sıcaklığının korunmasında rol oynar. Yağlar, Karbonhidratlar ve Enerji Depolanması Sportif faaliyetler sırasında gerekli olan enerjinin büyük bir kısmı, vücudumuzda depo edilmiş yağlardan gelir. Yağ moleküllerinin hidrolizi ile yağ asitleri oluşur. Yağ asitleri bir dizi tepkime sonucu karbondioksit ve suya dönüşür. Açığa çıkan enerji kasları geliştirmekte kullanılır. Palmitik asit (CH 3 (CH 2 ) 14 COOH) insanda bulunan başlıca yağ asididir. Palmitik asidin CO 2 ve H 2 O'ya dönüşümü sırasında 1 mol palmitik asit başına 9977 kj enerji açığa çıkar. Karbonhidratlardaki enerji yağlardakinden daha hızlı açığa çıkar. Bu sebeple şekerleri çabuk enerji sağlamak için tüketiriz. Basit şeker olan glikoz, hayvan, bakteri, mantar ve insanlarda glikojen şeklinde depolanır. İnsanlar ve diğer omurgalılar glikojeni karaciğer ve kas hücrelerinde depolar. Ancak bu depo uzun süre yetecek miktarda değildir.
Örneğin, insanlardaki glikojen deposu beslenme olmadığı takdirde bir günde tükenir. Glikojen çok yüksek sayıda (3000-6000 kadar) glikoz molekülünden meydana gelir. Canlıların karaciğerinde % 3, kas etinde ise % 0,2 oranında depo halinde bulunur. Canlılarda glikojen depolanması kandaki glikoz oranıyla ilişkilidir. Hızlı hareket eden bir insanın kandaki glikoz miktarı düşer. Bu tür durumlarda karaciğerdeki glikojen glikoza dönüşür ve kana geçerek hücrelere ulaşır. Yemeğin fazla miktarda tüketilmesi durumunda kandaki glikoz oranı artarsa hızla fazla glikoz karaciğer glikojeni olarak depolanır. Sindirilen tüm karbonhidratlar glikojene dönüşebilir. Proteinlerde glikojene dönüşebilirken yağlar bu dönüşümü gerçekleştiremez. Vücudumuz beslenme ile aldığı yağı depolar. Vücudun yağ depolama kapasitesi sınırsızdır. Kişi yağ depolamak için yağ tüketmek zorunda değildir. Bütün besin türleri sindirim sırasında küçük moleküllere parçalanırlar ve daha sonra vücudun ihtiyaç duyduğu karmaşık yapıları oluşturmak üzere yeniden birleşirler. Vücutta yağ, glikoz gibi küçük karbonhidrat moleküllerinden sentezlenebilir. Besinlerin enerji değerleri 1 kilokalori(kkal) değerinde olan besin kalorisi ile verilir. 1 kal= 4,184 kj (Kalori vücudun enerji harcaması veya ihtiyaç duyduğu enerji için kullanılan bir birimdir.) Yağların enerji değeri 9 kal/g (38 kj/g), karbonhidrat ve proteinlerin enerji değerleri ise yaklaşık 4 kal/g (17 kj/g)'dır. Vücudumuz enerji ihtiyacını öncelikle şekerlerden, şekerlerin yetersiz kaldığı durumda yağlardan ve zorunlu durumlarda da proteinlerden sağlar. Tenis, aerobik, yüzme ve yürüme gibi sporlar sağlıklı bir vücuda sahip olmak için yapılması gereken sporlardır. Bunları yapmak için gerekli kalori vücudumuza aldığımız besinler tarafından sağlanır. Sağlıklı bir yaşam için alınan kalori ile yakılan kalori arasında kurulacak denge büyük önem taşır. Vücudun ihtiyacı olan kalori miktarı kişinin kütlesi ve yaptığı işle ilgilidir. Sözgelimi yaklaşık 50 kg ağırlığındaki bir kişinin dinlenme ile geçen bir gün için 1680 kaloriye ihtiyacı vardır. Masa başı gibi yorucu olmayan bir işte çalışması durumunda günlük kalori ihtiyacı 3360 kalori, ağır işlerde çalışması durumunda ise 6720 kaloridir. Çocukların kalori ihtiyacı yetişkinlerden daha fazladır. Çünkü yaşlı kişilere göre besinlerin enerjiye dönüşümü daha hızlı gerçekleşir.